Підпорядкування вищих військових установ українській владі дозволило С. Петлюрі й підполковникові В. Павленку розпочати планомірне військове будівництво. Наприкінці листопада 1917 р. на базі зосереджених у Києві українських частин було створено Сердюцьку дивізію (за назвою гетьманської гвардії XVIII ст.). До складу дивізії увійшли спершу чотири полки: 1-й Український ім. Б. Хмельницького, 2-й Український ім. П. Полуботка, 1-й Український запасний і 1-й Георгіївський запасний. За сердюцькими частинами зберігалися «іменні» назви, але без нумерації. При цьому 1-й Український запасний полк було перейменовано на полк ім. П. Дорошенка, а 1-й Георгіївський запасний полк — на Георгіївський ім. І. Богуна. На початку грудня до складу дивізії включили також 1-й Український курінь смерті, курінь ім. Т. Шевченка, гарматну бригаду ім. М. Грушевського, 72-й важкий гарматний дивізіон, панцерний дивізіон, а також саперну сотню та гірську батарею.
Отаманом Сердюцької дивізії було призначено Ю. Капкана, який 28 листопада уже видав свій перший наказ на цій посаді. Начальником штабу сердюків став штабс-капітан С. Хилобоченко, який раніше командував куренем у полку ім. Б. Хмельницького. Та оскільки до революції С. Хилобоченко був лише офіцером обозного батальйону й зовсім не мав досвіду штабної роботи, невдовзі його змінив на цій посаді підполковник В. Сальський — офіцер Генштабу, який протягом усієї війни служив у штабах вищих військових з’єднань російської армії. Виходець із дворянської родини на Волині, він був сповнений бажання прислужитися своїй батьківщині. Фактично саме В. Сальський і займався організаційними справами сердюків.
У Сердюцькій дивізії не існувало виборності командного складу. З метою підтримання військової дисципліни щодня в частинах і підрозділах вели п’ятигодинні стройові заняття. Мова діловодства та команд була українською. Водночас сердюцькі полки не уникли революційних порядків: діяли виборні ради, були дозволені політична агітація й робота осередків Селянської спілки.
Соціал-демократична «Робітнича газета» вустами офіцера богданівців М. Галагана критикувала створення сердюцьких військових частин як «затію цілком буржуазних кіл громадянства чи їх прихвостнів» і закликала революційну демократію «об’явить цим буржуазним намірам найрішучішу війну». Але С. Петлюра сподівався створити із сердюків зразкові військові частини, здатні стати на захист батьківщини й революції. Ю. Капкан у наказі частинам дивізії сповістив, що єдиною метою українського вояка має бути прагнення «закріпити за собою волю нашого народу». «Москалі, німці, поляки і навіть ті великі соціалісти, більшовики, пішли проти нас. Вони сказали, що ми вашу силу дезорганізуєм... Майте це все на увазі, і коли зараз на нас позирає ввесь мир, то докажемо миру, хто ми і що ми, — підкреслив командир сердюків. — Без доброї згоди з сусідами ми жити не можем, а сусіди будуть з нами в згоді тоді, коли ми своєю діяльністю заслужим назви доброго міцного сусіда для сусідів і страшного для ворогів».
З району Вітебська в розпорядження уряду УНР прибула 156-та піхотна дивізія, сформована переважно з українців. У складі 17-го корпусу дивізія мала вирушити на придушення більшовицького виступу в Петрограді, але вояки відмовилися виконувати накази російського командування й організовано виїхали до України. Упродовж кількох днів дивізія українізувалася. «Як це сталось, я вже не пам’ятаю, що всі московські офіцери чомусь зникли, москалі-солдати також», — згадував один з офіцерів-українців. Начальник 156-ї дивізії — генерал М. Жолондзіовський, поляк за походженням, — заявив про готовність виконувати накази української влади. У середині листопада дивізія прибула до Коростеня, де підпорядкувалася командувачеві КВО — підполковникові В. Павленку.
В Одесі в розпорядження уряду УНР перейшла Українська запасна бригада, у місті Куп’янськ на Харківщині — 1-й Запорізький полк, який саме прибув із Москви. Одеським гайдамакам було доручено підтримувати лад у Причорномор’ї, а запорожців залишили на Харківщині охороняти східні кордони української республіки.
Формування нових частин стало одним із головних напрямів діяльності військового відомства УНР. 1-й Український запасний полк старого складу на початку грудня було розформовано й натомість створено три нові українські запасні полки в Кременчуці, Харкові й Чернігові. С. Петлюра наказав українізувати низку розташованих на теренах України й Росії запасних полків. Окрім того, у Катеринославі, Миколаєві й Єлисаветграді було розпочато формування гайдамацьких полків, а в Херсоні й Тирасполі — гайдамацьких куренів. Підрозділи державного ополчення, які переважно несли охоронну службу, також мали українізуватися.
Проте боєздатність багатьох запасних частин, які підлягали українізації, була надзвичайно низькою. Занепад військової дисципліни призвів до того, що навіть стройові заняття в деяких із них не проводили. Лише частина полків українізувалася, решта відмовилася від націоналізації або ж обмежилася «перелицюванням» на українські військові частини. Траплялося, що українізовані на папері полки більше підтримували «пролетарську революцію», аніж Центральну Раду. Лише в гайдамацьких формуваннях настрій був кращим. Утім, після багатомісячної політичної невизначеності навіть сформовані в ім’я боротьби за українську державність частини нерідко вагалися між підтримкою Центральної Ради та симпатією до більшовицьких гасел.
До створення національних збройних сил С. Петлюра намагався залучити частини російської армії, які українізувалися. Їхня розосередженість на різних фронтах ускладнювала транспортування до України. Однак найбільша кількість дивізій, які підлягали українізації, перебували в складі військ Південно-Західного й Румунського фронтів, частково або й повністю розташованих на українських землях і непідвладних більшовицькому уряду. 18 листопада головнокомандувач Південно-Західного фронту — генерал Н. Володченко — уклав угоду з Генеральним Секретаріатом про встановлення «ділових відносин». Керівник Румунського фронту — генерал Д. Щербачов — також розглядав можливість співпраці з урядом УНР. Але при цьому обидва російські воєначальники не мали наміру знімати з позицій українізовані частини чи допускати втручання української влади в оперативне керівництво військами.
Посилаючись на необхідність підтримання правопорядку на Правобережжі, С. Петлюра звернувся до командування Південно-Західного фронту з проханням передати в розпорядження української влади 34-й корпус. На цей час корпус генерала П. Скоропадського вже майже закінчив українізацію в тиловому районі на Поділлі й налічував близько 25 000 вояків. 12 листопада ці війська отримали наказ вирушити на фронт, але вояки під впливом звістки про збройну боротьбу в Києві ухвалили підкорятися лише Центральній Раді. Спершу командування Південно-Західного фронту відмовилося передати 34-й корпус українській владі, але С. Петлюра наполягав на потребі виділити в розпорядження Генерального Секретаріату принаймі одну дивізію. 20 листопада в штабі фронту за участю С. Петлюри відбулася нарада, на якій було вирішено розділити корпус: 104-ту дивізію скерувати на позиції, а 153-тю передати командувачеві Київського військового округу для охорони тилового району.
Таке рішення произвело до масових протестів серед вояків 104-ї дивізії, які вимагали відправити їх до Києва на захист Центральної Ради. «Незважаючи на мою категоричну вимогу, корпус роз’єднуватися не хоче, вбачаючи в цьому бажання знищити український корпус», — доповідав командуванню П. Скоропадський. Коли ж почалося транспортування 104-ї дивізії, частина вояків замість від’їзду на фронт вирушила до Києва. Після цього й інші частини відмовилися виступати на позиції, зупинившись на залізничних станціях у Калинівці й Шепетівці. Командування не мало змоги примусити вояків вирушити на фронт, але й передати 104-ту дивізію в розпорядження уряду УНР відмовлялося. Невизначеність становища деморалізувала вояків, у частинах почастішали випадки порушення військової дисципліни.